La enfermedad cardíaca es un problema de salud global importante: el infarto de miocardio afecta anualmente a más de un millón de personas solo en los EE. UU. Y aún no existe un tratamiento efectivo. El corazón humano adulto no puede regenerarse después de una lesión y la muerte del músculo cardíacolas células, conocidas como cardiomiocitos, debilitan irreversiblemente el corazón y limitan su capacidad de bombear sangre.
Los investigadores han centrado su atención en el trasplante de células madre para el reemplazo de cardiomiocitos y la recuperación de la función cardíaca, pero los estudios han demostrado que las células madre implantadas tienen dificultades para sobrevivir y diferenciarse en cardiomiocitos para reparar el músculo dañado. Cuando las células madre se diferenciaron en cardiomiocitos antes de la implantación, la función cardíaca mejoró, pero con una complicación: los cardiomiocitos implantados no se contrajeron sincrónicamente con el corazón, causando arritmias potencialmente letales ritmo cardíaco anormal.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Columbia, dirigido por la profesora de Ingeniería Biomédica Gordana Vunjak-Novakovic, ha diseñado un nuevo enfoque creativo para ayudar a los corazones lesionados a regenerarse mediante la aplicación de vesículas extracelulares secretadas por cardiomiocitos en lugar de implantar las células. El estudio, publicado en línea hoy en Ingeniería biomédica de la naturaleza , muestra que los cardiomiocitos derivados de células madre pluripotentes humanas derivadas a su vez de una pequeña muestra de sangre podrían ser una fuente poderosa y sin explotar de microvesículas terapéuticas que podrían conducir a tratamientos seguros y efectivos de corazones dañados.
Las microvesículas secretadas por células son fáciles de aislar y pueden congelarse y almacenarse durante largos períodos de tiempo. Tal producto "listo para usar" tiene varias ventajas importantes sobre la terapia celular: 1 puede usarse inmediatamente en unentorno de cuidados agudos, a diferencia de las células que pueden tardar meses en aislarse y crecer;2 no causa arritmia que a menudo ocurre cuando se trasplantan células;y 3 el camino regulador hacia la aplicación clínica es mucho más simple que para una terapia basada en células.
Es bien sabido por numerosos estudios clínicos que la mayoría de las células madre implantadas se eliminan a las pocas horas del tratamiento, pero aún existen efectos beneficiosos. Esto ha llevado a la hipótesis informal de "golpear y correr", lo que significa quelas células entregan su carga de moléculas reguladoras antes de abandonar el sitio de la lesión ". De acuerdo con esta hipótesis, postulamos que los beneficios de la terapia celular del corazón podrían provenir de las moléculas bioactivas secretadas como los micro ARN, en lugar decélulas en sí mismas ", dice Vunjak-Novakovic, autor principal del estudio, profesor universitario, profesor de la Fundación Mikati en Columbia Engineering y profesor de medicina en el Colegio de Médicos y Cirujanos Vagelos de la Universidad de Columbia". Así que exploramos si los beneficios de la terapia celularel corazón lesionado podría lograrse sin usar las células. De esta manera, simplificaríamos en gran medida la traducción a la clínica y evitaríamos la carga de arritmia asociada con implantación de células contráctiles "
Casi todas las células secretan y absorben pequeñas vesículas extracelulares que están llenas de mensajes genéticos que pueden influir en las células receptoras. Estas vesículas extracelulares son como letras que las células usan naturalmente para comunicarse con sus vecinos, tanto cerca como lejos, dentro del cuerpo.
"Razonamos que los cardiomiocitos serían la mejor fuente de moléculas que impulsarían la recuperación del corazón lesionado, ya que es bien sabido que estas células pueden desarrollar músculo cuando se usan en modelos de ingeniería de tejidos", dice Bohao Liu, el coautor del artículo.autor principal y candidato a MD / PhD en el departamento de ingeniería biomédica de Columbia Engineering. "Estoy muy entusiasmado con nuestros resultados prometedores, y creo que la terapia libre de células representa un paso en la dirección correcta para desarrollar tratamientos seguros y efectivos para elcorazón infartado "
El equipo interdisciplinario, que incluía bioingenieros, clínicos y científicos de biología de sistemas, obtuvo cardiomiocitos de células madre humanas adultas y cultivó estas células para permitirles secretar vesículas extracelulares. Las vesículas secretadas por células madre no diferenciadas se usaron para la comparación. Los investigadoresluego utilizó la secuenciación de la próxima generación para leer sus mensajes e instrucciones. Descubrieron que las vesículas extracelulares de los cardiomiocitos, pero no de las células madre, contenían microARN cardiogénicos y vasculogénicos que son moléculas reguladoras muy potentes.
Aprovechando la experiencia del laboratorio de Vunjak-Novakovic en biomateriales e hidrogeles, el equipo encapsuló las vesículas en un parche a base de colágeno que las liberó lentamente en el transcurso de cuatro semanas cuando se implantaron en el corazón lesionado en modelos de rata de infarto de miocardio.Los investigadores monitorearon el corazón para medir la función de bombeo de sangre y buscar cualquier signo de arritmia.
"Estábamos realmente emocionados de descubrir que los corazones tratados con vesículas extracelulares de cardiomiocitos no solo experimentaron muchas menos arritmias, sino que también recuperaron la función cardíaca de manera más efectiva y completa", dice Vunjak-Novakovic. "De hecho, a las cuatro semanasdespués del tratamiento, los corazones tratados con vesículas extracelulares tenían una función cardíaca similar a la de los que nunca se lesionaron ".
El equipo planea luego determinar cuánto cambian las propiedades de las vesículas extracelulares con la maduración de los cardiomiocitos derivados de las células madre pluripotentes, y cuál sería la etapa óptima de desarrollo, o nivel de madurez, de los cardiomiocitos para maximizar los resultados terapéuticos.también explorando los mecanismos específicos detrás de los efectos terapéuticos observados en este estudio.
"Una vez que comprendamos mejor cómo las vesículas extracelulares hacen exactamente lo que hacen", agrega Vunjak-Novakovic, "deberíamos poder extender su uso a una variedad de enfermedades cardiovasculares y avanzar significativamente en el campo de la terapia cardíaca libre de células""
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Columbia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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